[发明专利]窗口层上具有保护层的光伏器件及其制造方法

说明书

技术领域

本公开大体上涉及包括光伏电池和包含光伏电池的光伏模块的光伏(PV)器件以及制造这样的器件的方法，更具体地讲，涉及包括位于其窗口层与吸收层之间的保护层以抑制窗口层溶入/互混到吸收层中的PV器件以及制造该器件的方法。

背景技术

PV器件将光辐射转换成电流。通常，薄膜PV器件包括夹住一系列半导体层的两个导电电极。半导体层包括提供p-n结的n型窗口层和p型吸收层，其中，在p-n结附近发生光转换。在操作过程中，光子穿过窗口层并被吸收层吸收。这产生光生电子空穴对，内置的电场促进了光生电子空穴对的移动，从而产生可输出到其它器件的电流。

薄膜PV器件通常具有光学透明基底。该基底可以是任何合适的透明基底材料。合适的材料包括诸如钠钙玻璃或浮法玻璃等的玻璃和聚合物(片或板)。两个导电电极中的第一导电电极设置在透明基底上。在一些情况下，该第一导电电极可仅仅是透明导电氧化物(TCO)层(例如，氧化铟锡、锡酸镉、SnO₂:F或其它透明导电材料)。在其它情况下，该第一导电电极可以是与阻挡层(例如，SiO₂、SnO₂或SiO₂和SnO₂二者的层状序列)和可选的缓冲层(例如，诸如SnO₂、ZnO或ZnO:SnO₂的金属氧化物)相关的TCO层，所述阻挡层位于TCO层与透明基底之间，用于防止钠从基底扩散到器件的其它层，所述缓冲层位于TCO层上，用于提供其上可沉积顺序地形成的半导体层的光滑表面。由于可首先形成阻挡层、TCO层和缓冲层然后将其作为堆叠件沉积到基底上，因此它们经常被称为TCO堆叠件。

半导体层可以是包括n型半导体窗口层和p型半导体层的双层。n型半导体层可由包括但不限于硫化镉(CdS)的各种半导体材料制成。p型半导体吸收层还可由包括但不限于碲化镉(CdTe)的各种半导体材料制成。在一些器件中，期望窗口层尽可能地薄，以使最大量的光到达吸收层，但窗口层仍然要足够厚以与吸收层保持持续的结。两个导电电极中的第二导电电极可设置在半导体双层上。该第二电极通常被称为背接触层，其通常由金属或合金(例如，Mo、Al、Cu、Ag、Au或者它们的组合)制成。

背覆盖件可设置在背接触层上以与基底一起为PV器件提供支撑。中间层(例如，聚合物)可设置在背接触层与背覆盖件之间并设置在PV器件的其它层的侧面上，从而密封PV器件以阻隔环境。可从基底开始并顺序地沉积或设置其它层来制造这样的PV器件，或者可从背覆盖件开始并以相反的顺序进行沉积或设置其它层来制造这样的PV器件。

在制造具有CdTe基吸收层和CdS基窗口层的传统的PV器件的过程中，通常采用氯化物活化工艺以改善效率并减少电学异常。这样的活化工艺通过将Cl原子(或离子)掺杂到吸收层中，在CdTe吸收层中提供晶粒生长并修复(或钝化)缺陷。如下面讨论的，晶粒生长和缺陷修复通过增大光电流和开路电压(Voc-对PV器件效率做出贡献的一个因素，以及器件可产生的最大电压的量度)并通过减少分路(即，由于组成不一致而在吸收层材料中产生的不需要的导电区域)来改善器件效率。在这种情况下，效率是指与入射到器件上的光子的相当的能量相比，由PV器件产生的电力(能量)。

通常，活化工艺包括将氯引入到半导体层的第一步和在高温下保持特定长度的时间对半导体层进行退火的第二步。为了将氯引入到半导体层，例如，可应用浓度为大约100-300g/L的CdCl₂的水溶液(CdCl₂溶于水中)。也可以使用其它掺杂氯的材料(诸如，以MnCl₂、ZnCl₂、NHCl₄、TeCl₂和MgCl₂为例)来替代CdCl₂。例如，退火温度可以为大约350°-450℃并施加大约60分钟，均热时间(soakingtime)大约为15分钟。均热时间是指退火步骤在最大期望温度下处于平稳状态的时间段。